DE344645C - Verfahren zur Veredelung von Kupfer-Zink-Legierungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Veredelung von Kupfer-Zink-Legierungen. Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Kupfer-Zink-Legierungen, welche imfolge der Art oder des Mengenverhältnisses .ihrenMetallbestandteile zu spröde und brüchig sind.
• Die Gründe für diese Sprödigkeit können entweder in einem zu geringen Kupfergehalt bzw. zu hohen Mangan- und Eisengehalt oder aber darin liegen, daß die Legierungen infolge der Schmelzung ajus Abfällen zu stark verunreinigt sind, insbesondere beispielsweise zuviel Lötzinn enthalten..
• Nach der Erfindung werden diese Nachteile durch Schmelzen mit Natrium vermieden, wodurch sich Legierungen von sehr hoher Festigkeit, Dehnbarkeit und Bearbeitungsfähigkeit ergeben.
• Der Zusatz von Natrium zu Metallschmelzen, insbesondere auch zu Kupfer-Zink-Legiierungen ist an sich bekannt. Hierbei handelte es sich aber stets nur darum, Legierungen von an sich brauchbarer Zusammensetzung zu desöxydieren oder mit Hilfe :der @durcll die Natriumdämpfe bewirkten Wallung oder Wirbelung irgendwelche Zusätze, insbesondere aber Schwermetalle im Bade zu verteilen, oder endlich Metalloxyde zu reduzieren.
• Zunächst sei hier die Veredelung von kupferarmen, dafür aber an Mangan und Eiseil reichen Legierungen besprochen.
• Kupfer-Zinlc-Legierungen, deren Kupfergehalt unter 55 Prozent Kupfer herunterging, galten bisher für spröde und unbrauchbar. Ihre Festigkeitseigenschaften wurden für äußerst gering gehalten; sie ließen sich schlecht gießen und stellten demnach einen *in jeder Beziehung unbrauchbaren Baustoff dar.
• Nur .aus diesen Gründen ist es zu erklären, daß man bisher in der Praxis die Grenze von 55 Prozent Kupfer nicht unterschritt.
• Wissenschaftlich wurde @dliese' Tatsache dadurch erklärt, daß sich bei 537, Prozent Kupfer und 462/3 Prozent Zink idie sogenannten ß-Kristalle bilden, welche zwar in der Glühhitze bildsam, bei gewöhnlicher Temperatur jedoch hart und spröde sind (vgl. die Untersuchung W. von Möl.lendorffs in der Zeitschrift des Vereins deutscher Inäenieure Bd. 55, Nr. r).
• Für solche Zwecke, bei denen es wie bei den Außenschichten ' von Propellern auf große Widerstandsfähigkeit gegen die anfressende Wirkung der Flächenreibung des Wassers, d. h. auf eine gewisse Sprödigkeit ankam., hat man mit Absicht ß-Struktur, also Kupfer-Zink-Legierungen .mit weniger als 55 Prozent Kupfer vorgeschlagen. Bei diesen spielte zwar auch ein größerer Manganzusatz zusammen mit anderen Bestandteilen eine Rolle, jedoch kam es in erster Linie darauf an, zwecks Gewährleistung der erwähnten Eigenschaft Legierungen mit der harten ß-Struktur zu erhalten. Diese Legierungen konnten infolgedessen nur zu Propellern gegossen, jedoch nicht durch Walzen, Ziehen usw. verarbeitet werden. Es' hat sich nun das überraschende Ergebnis gezeigt, daß man im Gegensatz zu der bisherigen Erfahrung sehr dehnbare und bearbeitungsfähige Legierungen von Zink mit weniger als 55 Prozent Kupfer und mit 3 bis io Prozent Mangan erhält, wenn man mit Natrium schmilzt, fremde Bestandteile ausschließt und durch die Art des Schmelzens für eine innige homogene Legierung sorgt.
• Zweckmäßig ist es, darauf zu achten, daß insbesondere Zinn, Blei und Silizium fehlen, so daß man also von Elektrolytkupfer und Feinzink ausgehen wird.
• - Ferner ergab sich in ebenfalls völlig unerwarteter Weise, daß man unbeschadet der letztbesprochenen guten Festigkeitseigenschaften der Legierung mehr als 2,5 Prozent Eisen zusetzen könne, so zwar, daß der Gesamtgehalt der Legierung an Mangan und Eisen bis ztt 15 Prozent beträgt, das sind aber Mengen, die nach bisherigem Wissen das ;Maß des Zulässigen bei weitem überschreiten. Denn es war bisher ein feststehender Grundsatz, daß sich Eisen oberhalb gewisser Grenzen weder in Kupfer noch in Zink überhaupt löse.
• .So gibt W. B o r c h e r s in seinem Buch »Metallhüttenbetrieb« Bd. i »Kupfer« (erschienen 1915 bei W i 1 h e 1 in Knapp, ,Halle) auf Seite 441 an, daß sich die Löslichkeit des Eisens in Kupfer nicht über 2,5 Prozent Eisen erstrecke; als feststehend galt auch bisher, daß Eisen sowohl mit Kupfer als auch mit Zink überaus harte und spröde Legierungen bilde.
• Es muß demnach um so mehr überraschen, daß ein so hoher Prozentsatz von Eisen die I,',upfer-Zink-Legierung nicht spröde macht. Es hat sich sogar gezeigt, daß bei der neuen Legierung das Eisen- die Dehnbarkeit und Bearbeitungsfähigkeit noch erhöht, wenigstens haben sich selbst solche Legierungen, die aus nicht völlig reinen Grundmetallen erschmolzen waren, bei dem obigen starken Eisengehalt als recht brauchbar gezeigt.
• Von großem Wert hat sich bei der Herstellung der Eisen-Kupfer-Zink-Mangan-Legierung :außer der Verwendung reinster Materialien eine sachgemäße wiederholte Schmelzung erwiesen.
• Unter Umständen würde es sich; empfehlen, sowohl das Eisen .als auch,das Mangan *in fein verteiltem Zustande etwa in Form von Pulvern, welche zusammengepreßt sind, in das Legierungsbad zu geben; aber, auch Schmelzen im Vakuum hat sich als vorteilhaft erwiesen; dieses selbstverständlich, bevor,das Zink zugesetzt wurde. Man kann auch :derart verfahren, daß man einen leicht siedenden Stoff, wie die Chloride oder Fluoride ides Zinks oder ,dies Zers in düs Bad taucht. Auch hat sich die Erschmelzung von Vorlegierungen oder wiederholtes Umschmelzen als recht günstig gezeigt. Von gutem Einfluß auf .die Löslichkeit der einzelnen Komponenten .und die Struktur des Materials haben sich auch geringe Zusätze der Metalle ider Chromgruppe bewährt.
• Auf diese Weise ist es in der Tat gelungen, Kupfer-Zink-Legierungen herzustellen, welche nur bis zu etwa 45 Prozent Kupfer enthalten, bis zu 15 Prozent Mangan bzw. Eisen in die Legierung hineinzubringen und trotzdem einen Baustoff zu erhalten, welcher nicht bloß recht annehmbare Zähigkeit aufweist, sich schmiedien, walzen, pressen, kalt und warm verarbeiten läßt, sondern auch von ganz hervorragender Festigkeit ist. Es sind Resultate von 6o kg Festigkeit pro Quadratmillimeter und 2o bis 30 Prozent Dehnung nach der Verarbeitung erzielt worden.
• Ein besonderer Vorteil dieser Legierungen liegt darin, daß sie .unter d'em Ei.nfluß eines Verdichtungsprozesses weitere ganz hervorragende Festigkeitseigenschaften annimmt. So kann beispielsweise die: Festigkeit bis zu 8o kg pro Quadratmil'lilneter bei. io Prozent Dehnung steigen und somit Werte aufweisen, welche selbst mit ganz besonders großen Prozentsätzen, von Kupfer, welche bis zu 8o Prozent !betragen, nicht annähernd! zu erreichen sind'.
• Von .ganz besonderem Vorteil hat sich die Verwendung -des Natriums auch beim, Einschmelzen,der Abfälle von Kupfer-Znk-Legierungen gezeigt. Solche Abfälle ergeben bekanntlich, insbesondere wenn sie mit viel Lötzinn verunreinigt sind, ein ,durchaus unbraltchbares, wenig zähes Material. Nach der Erfindung aber lassen sich beispielsweise sogar Späne vom Messing mit Hilfe vom Natrium zu einem Baustoff verarbeiten, welcher sich pressen und ziehen läßt, als ob er aus Neumetall legiert wäre. Dasselbe wird möglich bei Abfällen, an denen viel Lötmaterial hängt. Hier kommt :!die Eigenschaft des Natriums ganz besonders zur Erscheinung, in ,der Weise zu wirken, @daß es Metalle bindet, welche als Verunreinigung vorhanden sind und auf die Werteigenschaften :der Legierung von Nachteil sind. Insbesondere bindet es Zinn, Antimon und Wismut. Diese führt es in die Schlacke über und reichert ,dieselbe an diesen Stoffen an, so &ß, sie -daraus gewonnen und gegebenenfalls verarbeitet wenden könnten. Selbstverständlich kann man den Spänen, Abfällen usw. zweckmäßig einer. Zusatz von Ferromangan, Aluminium .usw. zusetzen. Es ist nun prinzipiell gleichgültig, wie das Natrium in das Metallbad! gelangt. Man kann in der Weise verfahren, :daß man es in ein Metall, etwa .in Form eines geschlossenen Rohres, einkapselt, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als die zu reinigende Metallschmelze besitzt, sobald letzterer höher ist als .der Verdampfungspunkt des Natriums oder In der Nähe desselben liegt. Man muß also zweckmäßig vermeiden, es so @einzuschließen, -daß es verdampft wird und idann das .umgebende Gefäß sprengt; dadurch wür--d'en explosionsartige Erschütterungen der Schmelze erfolgen, dieses ist jedoch nicht der Fall, wenn man es wie bei Kupfer-Zink-Legierung beispielsweise in ein Zinkröhrchen einschließt, dasselbe allseitig schließt und einige mit Paraffin usw. verschlossene Löcher anbringt.
• Es hat sich gezeigt, daß für die Erzielung der erwähnten Vorteile in allen Fällen der Natriumzusatz wesentlich ist. Hierbei kann die Desoxyd'ationswirkung des Natriums keine Rolle spielen, weil ja das in den Legierungen enthaltene Zink bekanntlich selbst eines der besten Reduktionsmittel der Legierungstechnik darstellt.
• Statt Natrium könnten auch die verwandten Metalle wie Kalzium Verwendung finden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Veredelung von Kupfer-Zink-Legierungen, welche infolge der Art und Menge der sie bildenden Metallbestandteile zu spröde sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Legierungen bei Fernhaltung von Zinn und Antimon unter Zusatz von, unlegiertem reinen Natrium erschmolzen werden. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d'aß Zink mit weniger als 55 Prozent Kupfer -und mit 3 bis io Prozent Mangan und mehr als i 5 Prozent Eisen unter Zusatz von Natrium geschmolzen werden. 3. Verfahren nach: Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Abfälle von Kupfer-Zink-Legierungen zur Beseitigung der schädlichen Wirkungen von Verunreinigungen wie Lötzinn unter Zusatz von Natrium .geschmolzen werden.